Биология в новом свете - [35]

С жадным любопытством вступаем мы в новый мир и нетерпеливо спрашиваем: как выглядит белковая молекула, о которой мы слышали столько удивительного? Правда ли, будто она катализирует процессы преобразования энергии и вещества, переносит электроны, совершает механическую работу и многое другое? Увы, нас ждет разочарование, так как наш первый вопрос лишен смысла: молекула вообще не "выглядит!"

Мы привыкли к тому, что все окружающее можно видеть и как-то описать. У твердых тел мы замечаем цвет, форму и размер, у жидкостей — по меньшей мере, цвет и консистенцию. Мышь серая и имеет хвост длиной примерно 15 см. И хотя есть мыши коричневые и белые, большие и маленькие, окраску и размеры каждой конкретной мыши мы можем установить однозначно. Если вскрыть мышь, то в ее голове мы найдем мозг, который тоже имеет определенные форму, размеры и окраску. Мы обнаружим разные области мозга, а вооружившись лупой, можем отчетливо разглядеть главные нервы. Специальными методами приготовим срезы мозга и рассмотрим их под микроскопом. Мы увидим разветвления нервных волокон и органеллы клеток: ядро, аппарат Гольджи, митохондрии. Чтобы различить последние, нам понадобится сильный микроскоп с 1300-кратным увеличением. Но на этом наши возможности "видеть" кончаются.

Различные устройства обеспечивают разную степень увеличения биологических объектов. Возможности 'видеть', в буквальном смысле этого слова, мы лишаемся уже на уровне оптического микроскопа. Применительно к электронному микроскопу, обладающему самой высокой разрешающей способностью, более подходит понятие 'отображать'

И дело здесь не в оптической промышленности, которая не создала микроскопов с большей разрешающей способностью. Причина кроется в свойствах света, который мы используем для наблюдения. У синего, еще видимого, света длина волны 0,4 мкм. Вблизи этой границы и. лежит максимум разрешающей способности оптического микроскопа. Точно так же как нельзя заточить карандаш топором, невозможно "видеть" объекты, размеры которых меньше, чем длина волны используемого света.

Ну и что же? Ведь всем известно, что существуют электронные микроскопы. Так называют приборы, которые показывают на экране из сульфида цинка во много раз увеличенную картину распределения электронной плотности очень малых объектов. Это досадно, потому что слово "микроскоп" мы привыкли связывать со словом "видеть". А в электронном микроскопе, если пучок электронов преобразовать в световой пучок, нам удается только получить увеличенное изображение на освещенном экране. Тогда в лучшем случае можно сказать, что мы при помощи некой сложной методики отобразили какую-то чрезвычайно мелкую структуру в сильно увеличенном виде. Но о том, чтобы "видеть" ее, не может быть и речи!

Пластмассовая модель клеточной структуры, увеличенной в 10 000 раз. Она наглядна и помогает нам лучше представить реальный объект. Но не следует принимать эту модель за действительную структуру

Может быть, мы просто придираемся к словам? К сожалению, нет. Человек склонен переносить знания, добытые им при изучении одного процесса или объекта, на другие еще не известные ему процессы и объекты, которые он хотел бы исследовать. Сам объект заставляет его исправлять прежние неправильные представления и тем самым обогащает его, расширяет круг его знаний. Ученый, занимающийся молекулярной биологией, "видит" картины, увеличенные в 10 000 или 100 000 раз, видит со всей четкостью и, вероятно, строит на основании этого какие-то осязаемые модели, например из пластмассы. Теперь перед ним модель и, забыв о действительных размерах объекта, он пытается применять известные ему законы физики, скажем первый закон Ньютона: тело сохраняет состояние покоя, если на него не действует никакая сила, изменяющая это состояние. Этот закон, безусловно, правильный, и пластмассовая модель перед глазами биолога лежит на столе совершенно спокойно. Реальная структура, размеры которой в десять тысяч раз меньше, тоже лежала бы очень спокойно, если бы на нее не действовали никакие силы. Но материя не может существовать без движения; эту структуру непрерывно "толкают" со всех сторон колеблющиеся, вращающиеся, движущиеся молекулы окружающей среды, в непрерывном движении находятся и молекулы, из которых состоит сама структура. Модель из пластмассы спокойно стоит на столе, а реальная структура колеблется, вращается и ни минуты не остается в покое.

Используя дифракцию рентгеновских лучей, можно определить внешний вид биологической макромолекулы. Однако этот метод связан с большими трудностями. Пока известны структурные модели только очень немногих молекул

То, что справедливо для очень малых, но все же состоящих из многих молекул объектов, в еще большей степени относится к самим молекулам. Строение молекулы бессилен отобразить даже электронный микроскоп. Для того чтобы получить представление о структуре биологических макромолекул, используют метод дифракции рентгеновских лучей (рентгеноструктурный анализ). У рентгеновских лучей длина волны составляет несколько ангстрем (1 Å = 10^-8см), и, следовательно, с их помощью еще можно получить "изображение" молекулярных структур. Узкий пучок рентгеновских лучей, проходя через возможно более тонкий слой макромолекулярного вещества, к примеру белка, дает на фотопластинке картину дифракции, которая непосвященному показалась бы бессмысленной. Места почернения на фотопластинке очень тщательно промеряют и обсчитывают. В результате получают картину распределения плотности электронов в молекуле. Она напоминает карту гористой местности. На основании такой карты физик строит модель молекулы. Здесь речь уже не идет о какой-то зафиксированной, "замороженной" картине, как в случае электронной микроскопии, однако и эта модель не дает нам четкого представления о динамической структуре молекул. И хотя при рентгеноструктурном анализе движение молекул не "замораживается", то, что мы видим, можно считать неким средним значением для очень многих молекул. Таким образом, модель молекулы своей неподвижностью напоминает манекен, застывший в витрине магазина.